一、教学分析 1. 教材分析

本节是牛顿运动定律知识的重要应用和深化，紧密联系生活实际，是培养学生物理学科素养的优良载体。

• 知识主线：
• 通过实验或体验，认识超重和失重现象。
• 理解超重和失重现象的本质：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）不等于物体所受重力的现象。
• 掌握超重和失重现象产生的条件：与物体运动的加速度方向有关，而非速度方向。
• 应用牛顿运动定律分析超重和失重现象的动力学原因。
• 方法主线： 通过“体验-观察-质疑-探究-解释”的探究路径，引导学生从生活经验出发，运用牛顿运动定律进行科学推理，理解现象背后的物理本质。
• 核心素养： 重点培养学生的物理观念（运动与相互作用）、科学思维（科学推理、模型建构）和科学探究（基于实验现象进行分析和解释）。
• 地位作用： 深化对牛顿运动定律的理解，纠正“视重”即“实重”的生活前概念，学会用物理原理分析复杂的运动状态，为后续学习圆周运动、天体运动等知识打下基础。

• 知识基础： 学生已掌握牛顿三大定律，特别是牛顿第二定律和第三定律；具备初步的受力分析能力。
• 生活经验与认知冲突：
• 拥有乘坐电梯、在体重秤上蹲起等超失重现象的亲身体验。
• 普遍存在“超重是重力变大，失重是重力变小”的错误前概念。
• 容易将超失重现象与运动速度方向（而非加速度方向）直接关联。
• 兴趣点： 对宇航员在太空中的失重状态充满好奇，对用物理知识解释日常现象有浓厚兴趣。
• 思维障碍： 理解“视重”与“实重”的区别；正确应用牛顿第二定律和第三定律分析动态过程中的力。

• 物理观念：
• 通过实验探究，认识超重和失重现象。
• 理解超重和失重的本质是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化，而非物体所受重力发生变化。
• 科学思维：
• 能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象产生的动力学原因。
• 能够根据物体加速度的方向判断其处于超重还是失重状态。
• 科学探究：
• 经历从生活现象中发现问题、提出猜想、并运用物理规律进行解释的科学探究过程。
• 科学态度与责任：
• 体会物理学与生活的密切联系，激发学习兴趣。
• 培养严谨求实的科学态度，勇于修正错误的前概念。

• 教学重点： 超重和失重现象的本质；运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。
• 教学难点： 理解“视重”与“实重”的区别；正确分析动态过程中物体的受力与运动关系。

多媒体课件（展示电梯实验视频、体重计读数变化图、例题）、弹簧测力计、重物（钩码）、体重计（可选，用于课堂演示）。

【环节一：创设情境，引发认知冲突】（5分钟）

1. 生活体验导入：
• 提问： 大家坐电梯时，在电梯启动上升和制动停下的瞬间，身体有什么感觉？（有“下沉”或“上提”感）
• 演示/视频： 播放课前录制的“学生站在体重计上蹲起”的视频，或教师现场演示。引导学生观察体重计示数在下蹲和站起过程中的变化。
• 现象： 示数先变小，后变大，再变小，最后稳定。
2. 提出问题，暴露前概念：
• 提问： 为什么体重计的示数会变化？是人的重力真的改变了吗？
• 学生可能的回答（暴露前概念）： “向下加速时重力变小了”、“向上加速时重力变大了”。
3. 引出课题：
• 教师： 这些现象就是我们今天要研究的“超重”和“失重”现象。它们的本质究竟是什么？让我们通过实验和理论来揭开谜底。
• 板书课题： 第6节 超重和失重

设计意图： 从学生最熟悉的生活体验入手，制造认知冲突，激发强烈的求知欲，明确本节课要解决的核心问题。

【环节二：实验探究，定性认识】（10分钟）

1. 弹簧测力计演示实验：
• 实验1（静止）： 用弹簧测力计竖直悬挂一重物，静止时读数F = G（物体重力）。
• 实验2（超重）： 手持弹簧测力计加速向上运动，观察示数变化（F > G）。
• 实验3（失重）： 手持弹簧测力计加速向下运动，观察示数变化（F < G）。
• 实验4（完全失重）： 让弹簧测力计和重物一起自由下落，观察示数（F = 0）。
2. 引导学生归纳现象：
• 弹簧测力计的示数（即“视重”）并不总是等于物体的重力。
• 当加速向上时，视重 > 重力，称为超重。
• 当加速向下时，视重 < 重力，称为失重。
• 当自由下落时，视重 = 0，称为完全失重。
3. 明确核心概念：
• 强调： 物体的重力G = mg，只与质量和重力加速度有关，在此时此地是不变的。变化的是“视重”，即物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）。

设计意图： 通过直观的实验现象，让学生定性认识超重和失重，并初步建立“视重”不等于“实重”的正确观念。

【环节三：理论分析，揭示本质】（15分钟）

1. 建立物理模型：
• 研究对象： 站在电梯地板上的人（或弹簧测力计下挂的物体）。
• 受力分析： 受到重力G（竖直向下）和支持力FN（或拉力F拉，竖直向上）。
2. 应用牛顿运动定律分析（以竖直向上为正方向）：
• FN = G - mg = 0。
• F'N = 0。
• 结论： 当物体具有竖直向下的加速度，且a = g时，处于完全失重状态。
• 由牛顿第二定律：G - FN = ma => FN = G - ma < G。
• 人对电梯的压力 F'N = FN < G。
• 结论： 当物体具有竖直向下的加速度时，处于失重状态。
• 由牛顿第二定律：FN - G = ma => FN = G + ma > G。
• 由牛顿第三定律：人对电梯的压力（视重）F'N = FN > G。
• 结论： 当物体具有竖直向上的加速度时，处于超重状态。
• 情况一：超重现象（加速度a向上）
• 情况二：失重现象（加速度a向下）
• 情况三：完全失重（a = g，向下）
3. 总结判断依据：
• 超重条件：加速度方向向上（与速度方向无关）。例如：加速上升、减速下降。
• 失重条件：加速度方向向下（与速度方向无关）。例如：加速下降、减速上升。
• 完全失重条件：a = g，竖直向下。
4. 解释引入情境：
• 下蹲过程： 开始阶段加速下降（a向下）→ 失重；末阶段减速下降（a向上）→ 超重。
• 站起过程： 开始阶段加速上升（a向上）→ 超重；末阶段减速上升（a向下）→ 失重。
• 播放电梯运行a-t图像与力传感器F-t图像，进行对应分析，强化理解。

设计意图： 这是本节课的核心和难点。通过严谨的受力分析和牛顿定律的推导，从本质上解释超重和失重现象，纠正错误前概念，并给出简洁明了的判断方法。

【环节四：拓展应用，深化理解】（8分钟）

1. 航天器中的失重：
• 播放视频： 展示宇航员在空间站内的生活片段（物体漂浮、水珠呈球形等）。
• 分析： 航天器绕地球做匀速圆周运动，其加速度（向心加速度）方向指向地心，即竖直向下，且大小约等于轨道高度处的重力加速度，因此舱内所有物体均处于完全失重状态。
• 强调： 失重并非没有重力，而是重力完全提供了做圆周运动的向心力。
2. 解释“思考与讨论”中的问题：
• 为什么水瓶自由下落时，水不会从侧孔流出？（水和水瓶处于完全失重状态，水对瓶壁无压力）
3. 生活中的超重与失重：
• 短暂讨论蹦极、过山车、跳楼机等游乐设施中超重和失重的体验。

设计意图： 将理论应用于高科技和趣味性强的实际情境，拓宽视野，深化对概念的理解，感受物理学的价值。

【环节五：课堂小结与作业布置】（2分钟）

1. 课堂小结：
• 定义： 超重（视重 > 重力）、失重（视重 < 重力）、完全失重（视重 = 0）。
• 本质： 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力变化，而非重力变化。
• 条件： 取决于加速度的方向（向上超重，向下失重）。
• 原理： 牛顿第二定律和牛顿第三定律。
2. 布置作业：
• 基础题： 简述超重和失重的本质和产生条件。完成教材“练习与应用”第1题（塑料瓶实验解释）。
• 应用题： 分析教材第2题（蹦极运动）中各阶段的超失重情况。
• 思考题： 在完全失重的空间站内，能否用天平测量质量？为什么？能否用弹簧测力计测量拉力？为什么？

• 成功点： 从生活体验切入，能迅速吸引学生兴趣。实验演示直观有效。理论分析层层递进，逻辑清晰，能有效突破“加速度方向决定超失重”这一难点。
• 挑战点： 学生可能仍会不自觉地用速度方向进行判断，需要反复强调和练习。对“完全失重”中重力并未消失的理解可能存在困难。
• 调整建议： 在后续的练习课中，应设计更多判断加速度方向的针对性练习。对于学有余力的学生，可以引导他们思考非竖直方向的加速度分量是否会引起“超重”或“失重”（为后续学习做铺垫）。